Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 93
Текст из файла (страница 93)
Из формулы (183.2) видно, что для увеличения разрешающей способности оптических приборов нужно либо увеличить диаметр объектива, либо уменьшить длину волны. Поэтому для наблюдения более мелких деталей предмета употребляют ультрафиолетовое излучение, а полученное изображение в данном случае наблюдается с помощью флуоресцирующего экрана либо фиксируется на фотопластинке. Еще большую разрешающую способность можно была бы получить с помощью рентгеновского излучения, но оно обладает большой проникающей способностью и проходит через вещество не преломляясгн следовательно, в данном случае невозможно создать преломляюшие линзы. Потоки электронов (при определенных энергиях) обладают примерно такой же длиной волны, как и рентгеновское излучение.
Поэтому электронный микроскоп имеет очень высокую разрешающтю способность (см. 4169). Разрешающей способностью спектрального прибора называют безразмерную величину )7 = Л/(6Л), (183.3) где 6Л вЂ” абсолютное значение минимальной разности длин волн двух соседних спектральных линий, прн которой эти линии регистрируются раздельно. 2. Разрешающая способность днфракционной решетки.
Пусть максимум т-го порядка для длины волны Л» наблюдается под углом ф, т. е., согласно (180.3), б гйп ф=шЛь При переходе от максимума к соседнему минимуму разность хода меняется на Л/М (см. (180.4)), где Л!— число щелей решетки. Следовательно, ми- нимум Ль наблюдаемый под углом гр,„, удовлетворяет условию й гйп ~р м — — гиЛ~+ +Л,/йг. Па критерию Рэлея, ~р=гр,„, т. е. тЛ»=тЛ~+Л,/ЛГ, или Л»/(Л» — Л~)= =тй(. Так как Л~ и Лв близки между собой, т. е. Л, — Л~ — — 6Л, то, согласно (183.3), )7»нф реп Таким образом, разрешающая способность дифракционнай решетки пропорциональна порядку ш спектров и числу М щелей, т.е, при заданном числе щелей увеличивается при переходе к спектрам высших порядков. Современные дифракционные решетки обладают довольно высокой разрешающей способностью (до 2 ° 10') .
8 184. Понятие о голографии Голография (от греч. нполная запись»)-- особый способ записи и последующего восстановления волнового поля, основанный на регистрации интерференционной картины. Оиа обязана своим возникновением законам волновой оптики — законам интерференции и дифракции. Этот принципиально новый способ фиксирования и воспроизведения пространственного изображения предметов изобретен английским физиком Д, Габором (1900 в 1979) в !947 г. (Нобелевская премия !97! г.). Экспериментальное воплощение и дальнейшая разработка этого способа (советским ученым Ю. Н.
Денисюком в !962 г. и американскими физиками Э.Лейтон и Ю. Упатниексам в 1963 г.) стали возможными после появления в 1960 г, источников света высокой степени когерентности — лазеров (см. $233). Рассмотрим элементарные основы принципа голографии, т.е. регистрации и восстановления информации о предмете.
Для регистрации н восстановления волны необходимо уметь регистрировать и восстанавливать амплитуду и фазу идущей от предмета волны. Это в принципе возможно, так как распределение интенсивности в интерференционной картине, аписы. ваемое формулой (144.2), Аз=А(+Аз+ + 2А ~А» соз (ат — гх~) (учитывая, что ! А'), определяется как амплитудой Г и а в и 23 Дифракпия света йит интерферируюшнх волн, так и разностью их фаз.
Поэтому для регистрации как фазовой, так и амплитудной информации кроме волне>, идущей от предмета (так называемой предметной волны), используют еще когерентную с ней волну, идущую от источника света (так называемую опорную волну). Идея голографирования состоит в том, что фотографируется распределение интенсивности в интерференционной картине, возникающей при суперпозиции волнового поля объекта и когерентной ему опорной волны известной фазы. Последующая дифракция света на зарегистрированном распределении почернений в фотослое восстанавливает волновое поле объекта и допускает изучение этого поля при отсутствии объекта. Практически эта идея может быть осуптествлена с помощью принципиальной схемы, показанной на рис.
267, а. Лазерный пучок делится на две части, причем о! Зорина Года>римме Предмет Мнимое июбрмиеи»е Рис, 267 одна его часть отражается зеркалом на фотопластинку (опорная волна), а вторая попадает на фотопластинку, отразившись от предмета (предметная волна). Опорная и предметная волны, являясь когерентными и накладываясь друг на друга, образуют на фотопластинке интерференционную картину. После проявления фотопластинки и получается голограмма — зарегистрированная на фотопластинке интерференционная картина, образованная при сложении опорной и предметной воли.
Для восстановления изображения (рис. 267, б) голограмма помещается в то же самое положение, где она находилась до регистрации. Ее освещают опорным пучком того же лазера (вторая часть лазерного пучка перекрывается диафрагмой). В результате дифракции света на интерференционной структуре голограммы восстанавливается копия предметной волны, оГ>разуюшая объемное (со всеми присущими предмету свойствами) мнимое изображение предмета, расположенное в том месте, где предмет находился при голографировании.
Оно кажется настолько реальным, что его хочется потрогать. Кроме того, восстанавливается еше действительное изображение предмета, имеющее рельеф, обратный рельефу предмета, т. е. выпуклые места заменены вогнутыми, и наоборот (если наблюдение ведется справа ог голограммы). Обычно пользуются мнимым голографическим изображением, которое по зрительному восприятию создает полную иллюзию существования реального предмета. Рассматривая из разных положений объемное кзображение предмета, даваемое голограммой, можно увидеть более удаленные предметы, закрытые более близкими из них,'заглянуть за ближние предметы).
Это объясняется тем, что, перемещая голову в сторону, мы воспринимаем изображение, восстановленное от периферической части голограммы, на которую при экспонировании падали также и лучи, отраженные от скрытых предметов. Голограмму можно расколоть на несиолько кусков. Но даже малая часть голограммы восстанавливает полное изображение.
Однако уменьшение размеров голограммы приводит к ухудшению четкости получае- 5 Оптика. Кваитоная природа излучения Контрольные вопросы ° Каковы дополнения Френели к принципу Гюйгенса? ° В чем заключается принцип построения зон Френеля? в В чем заключается принцип действия зонных пластинок? ° Когда наблюдается дифракция Френеля? дифракция Фраунгофера? ° Почему дифракция не наблюдается на больших отверстиях и больших дисках? ° Как влияет на днфракцию Фраунгофера от одной щели увеличение длины волны и ширины шел н? ° Как определить наиболыннй порядок спектра лифракциоиной решетки? ° Как изменится дифракционная картина при удалении экрана от решетки? ° Почему при использовании белого света только центральный максимум белый, а боковые максимумы радужно окрашены? ° Почему штрихи на дифракциоиной решетке должны быть тесно расположены друг к другу? Почему нх должно быть большое число? ° Запишите условия дифракцнонных минимумов для одной щели и главных максимумов для решетки.
Каков характер этих дифракционных картин? ° Почему на кристаллах не наблюдается дифракцин видимого света и наблюдается дифракция рентгеновского излучения? ° Каков механизм рассеяния света в мутной среде? в чистой среде? ° Как объяснить голубой цвет неба? Почему при закате и восхоле солнце кажется ираснымз ° Какие практические применения имеет формула Вульфа †Брэгг? ° Когда два одинаковых точечных источника разрешимы по Рэлею? ° От чего зависит разрешающая способность дифракциоииой решетки и как вывести формулу для ее определения? ° Почему для получения голограммы кроме предметной волны необходима еще и опорная волна? В чем заключается иден голаграфираваиия? Задачи 23.!. Плоская световая волна с длиной волны 0,6 мкм падает нормально на диафрагму с круглым отверстием диаметром ! см.
Определить расстояние от точки наблюдения до отверстия, если отверстие открывает: !) две зоны Френеля; 2) три зоны Френеля. (!)203 и; 2) )39 м) 23.2. Лифрвкционная картина наблюдаетсн на расстоянии ! и от точечного источника монохроматическогп света (к=0,5 мкм). Посередине между источником света и экраном находится диафрагма с круглым отверстием. Определить радиус отверстия, при котором центр дифракционной картины на экране будет наиболее темным.
(0,55 мм) мого изображения. Это объясняетсн тем, что голограмма для опорного пучка служит дифракционной решеткой, а при уменьшении числа штрихов дифракционной решетки (при уменьшении размеров голограммы) ее разрешающая способность уменьшается. Методы голографии (запись голограммы в трехмерных средах, цветное и панорамное голографирование и т. д.) находят все большее развитие. Применения голографии разнообразны, но наиболее важные, приобретающие все большее значение, являются запись и хранение информации.
Методы голографии позволяют записывать в сотни раз больше страниц печатного текста, чем методы обычной микрофотографии. По подсчетам, на фотопластинку размером 32Х32 мм можно записать !024 голограммы (площадь каждой из них ! мм'), т. е. на одной фотопластинке можно «разместить» книгу объемом свыше тысячи страниц. В качестве будущих разработок могут служить ЭВМ с голографической памятью, голографический электронный микроскоп, голографические кино и телевидение, голографическая интерферометрия и т, д. Г л з к з В! Вгэнмоденстннг элекгралшг нитных волн с вежеством 23.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
